스마트폰으로 DNA 테스트 실시간 검사...80분만에 가능
스마트폰으로 DNA 테스트 실시간 검사...80분만에 가능
  • 김대현 기자
  • 승인 2020.05.19 17:40
  • 댓글 0
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이미지 크레딧: 후안시, 육군 의과대학
이미지 크레딧: 후안시, 육군 의과대학

 

[퓨처타임즈=김대현 기자] 중국 육군 의과대학의 연구진이 개발한 새로운 검사 시스템은 80분 안에 현장에서 DNA 검사가 가능한 방법을 개발했다. 연구진에 따르면, 이 테스트는 표준 스마트폰에 부착되며 무게가 100g 미만(0.22파운드)인 간단한 3D 프린팅 부품을 사용하여 97%의 정확도를 달성한다고 한다.

현장에서의 DNA 검사는 식품 안전이나 환경 모니터링을 담당하는 의사, 농부, 그리고 공무원들에게 매우 유용하게 받아들여질 수 있다. 현재 중국 연구진은 10달러도 안 되는 초고속 휴대형 스마트폰 기반 DNA 검사 플랫폼을 만들었다.

특정 질병을 유발하는 병원체의 존재를 검사하든, 강물에 있는 특정 미생물의 존재를 모니터링하든, DNA 검사는 일반적으로 훨씬 더 큰 표본에서 아주 적은 양의 유전 물질을 찾는다. 즉, 첫 번째 단계는 원하는 것이 무엇이든 확실하게 감지할 수 있을 만큼 충분한 양의 DNA가 있을 때까지 DNA의 양을 증폭시키는 것이다.

과학자들은 일반적으로 중합효소 연쇄반응(PCR)이라고 알려진 방법을 사용하지만, 정확하게 테스트를 수행하려면 부피가 크고 값비싼 장비와 상당한 전문지식이 필요하다. 다시 말해, 보통 현장에서 채취한 DNA 샘플은 검사하기 위해 검사 전담 실험실로 보내야 하며, 이는 질병이나 유해 병원균을 빨리 발견하기 어렵게 만든다.

이 시스템의 핵심에는 길이가 4cm에 불과한 "i-chip"이 있다. 이 칩은 통합 검체 준비 및 DNA 증폭, 신호 검출 모듈을 포함한다. 테스트 수행에 필요한 각종 시약은 기기에 사전 탑재할 수 있으며, 연구자들은 성능 손실없이 실온에서 최대 10주 동안 보관할 수 있다는 사실을 밝혔다.

아마도 새로운 테스트의 가장 기발한 측면은 가열 시스템일 것이다. DNA 신호를 증폭하려면 그 과정에 필요한 효소가 제 역할을 할 수 있도록 샘플을 특정 온도로 유지해야 한다. 휴대용 DNA 테스트를 만들려는 이전의 시도들은 이 문제와 씨름해 왔으며 이를 해결하기 위해 주 전원 또는 부피가 큰 가열장치를 필요로 했다.

그러나 이 새로운 장치는 샘플을 가열하기 위해 스마트폰 자체를 사용한다. 연구진은 휴대전화의 프로세서가 예측 가능한 방식으로 예열을 하고 i-chip에 열을 전달하는 알고리즘을 실행시키는 앱을 만들었다.

사이언스 어드밴스지의 한 논문에서, 연구진은 이 접근법이 다양한 휴대폰 모델 및 따뜻한 기후와 추운 기후 모두에서 샘플을 정확한 온도로 안정적으로 가열할 수 있다는 것을 보여주었다. 샘플이 제대로 준비되면 스마트폰 카메라에 매크로렌즈를 부착하고 3D 프린팅 크래들 안에 넣어 샘플을 분석한다.

대부분의 휴대용 DNA 테스트의 또 다른 주요 제한사항은 특정 유형의 샘플만 테스트가 가능하다는 점이다. 연구진은 해당 접근법의 다기능성을 입증하기 위해, 그들의 실험이 혈액에서 알파와 베타-탈라세미아의 유전적 상태를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 우유, 강물, 소변 등에서 대장균을 검출하고 키위 식물을 공격하는 병원성 박테리아도 검출할 수 있다고 밝혔다.

스마트폰의 분명한 비용과는 별개로, 연구원들은 이 테스트의 일회용 부품이 4.10달러, 재사용 가능한 부품이 2.50달러에 불과하며, 이는 최고급 상업용 기기의 가격인 약 17,000달러와 비교된다고 말한다.

이 모든 것은 가장 자원이 적고 사람이 살기 힘든 환경에서도 필요시 의료 진단, 환경 모니터링 및 식품 안전 검사를 수행하는 데 현실적으로 사용 가능한 DNA 검출 시스템에 추가된다. 연구진은 스마트폰의 지오로케이션 및 무선 통신 기능이 내장돼 있어 각종 질병과 병원균을 실시간으로 모니터링하는 데 활용될 수 있다고 지적한다.

흥미롭게도, 저자들은 코비드19와 같은 바이러스를 추적 가능하게 하는 RNA를 탐지하기 위해, 시스템을 적응시키는 데 많은 시간이 걸리지 않을 것이라고 말한다. 이 시스템이 현재의 유행병을 해결할 준비가 제때에 될지는 아직 확실치 않지만, 향후 질병 확산에 있어 매우 귀중한 도구가 될 수 있다.


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